半导体二极管电子教案

第一章半导体二极管

内容简介

本章首先介绍半导体的导电性能和特点，进而从原子结构给与解释。先讨论PN结的形成和PN结的特性，然后介绍半导体二极管特性曲线和主要参数。分析这些管子组成的几种简单的应用电路，最后列出常用二极管参数及技能训练项目。

知识教学目标

1.了解半导体基础知识，掌握PN结的单向导电特性；

2.熟悉二极管的基本结构、伏安特性和主要参数；

3.掌握二极管电路的分析方法；

4.了解特殊二极管及其应用。

技能教学目标

能够识别和检测二极管，会测定二极管简单应用电路参数。

本章重点

1.要求掌握器件外特性，以便能正确使用和合理选择这些器件。如：半导体二极管：伏安特性，主要参数，单向导电性。

2.二极管电路的分析与应用。

本章难点

1.半导体二极管的伏安特性，主要参数，单向导电性。

2.二极管电路分析方法。

课时4课时

题目：半导体、PN结

教学目标：了解本征半导体，杂质半导体的区别，从而得出半导体特性。记住半导体PN结的特性。

教学重点：1、半导体特性；

2、半导体PN结的特性；

教学难点：1、半导体单向导电性。

2、半导体PN结分别加正反向电压导通与截止的特性。

教学方法：讲授

教具：色粉笔

新课导入：电子技术基础是我们这学期新开的一门专业课，它包含各个基本小型电路的介绍及使用分析，这次课我们来学习一种材质：半导体。为以后的电路分析打下基础。

新授：

从导电性能上看，通常可将物质为三大类：导体：电阻率，缘体：电阻率，半导体：电阻率ρ介于前两者之间。目前制造半导体器件材料用得最多的有：

单一元素的半导体——硅(Si)和锗(Ge);

化合物半导体——砷化镓(GaAs)。

图1.1.1 半导体示例

1.1.1 本征半导体

了解：

纯净的半导体称为本征半导体。用于制造半导体器件的纯硅和锗都是四价元素，其最外层原子轨道上有四个电子（称为价电子）。在单晶结构中，由于原子排列的有序性，价电子为相邻的原子所共有，形成图1.1.2所示的共价健结构，图中+4代表四价元素原子核和内层电子所具有的净电荷。共价键中的一些价电子由于热运动获得一些能量，从而摆脱共价键的约束成为自由电子，同时在共价键上留下空位，我们称这些空位为空穴，它带正电。在外电场作用下，自由电子产生定向移动，形成电子电流；同时价电子也按一定的方向一次填补空穴，从而使空穴产生定向移动，形成空穴电流。

因此，半导体中有自由电子和空穴两种载流参与导电，分别形成电子电流和空穴电流，这一点与金属导体的导电机理不同。

1.1.2 杂质半导体

在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。

一、 N型半导体

若在四价的硅或锗的晶体中掺入少量的五价元素(如磷、锑、砷等)，则晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样，在该半导体中就存在大量的自由电子载流子，空穴是少数载流子，这种半导体就是N型半导体

图1.1.3 N型半导体结构

二、 P型半导体

若在四价的硅或锗的晶体中少量的三价元素，如硼，晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电的离子,因而在该半导体中就存在大量的空穴载流子,当然,其中还有少数由于本征激发而产生的自由电子，如图1.1.4所示。

需要指出的是,无论是N型还是P型半导体,都是呈电中性的。

*综上所述，半导体特性：

*1、半导体的导电能力介于导体与绝缘体之间。

2、在一定温度下，本征半导体因本征激发而产生自由电子和空穴对，故其有一定的导电能力。

*3、本征半导体的导电能力主要由温度决定；杂质半导体的导电能力主要由所掺杂质的浓度决定。

4、P型半导体中空穴是多子，自由电子是少子。N型半导体中自由电子是多子，空穴是少子。

*5、半导体的导电能力与温度、光强、杂质浓度和材料性质有关。

1.1.3 PN结

一、PN 结的形成

在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和N型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN结。 PN结是多数载流子的扩散运动和少数载流子的漂移运动相较量,最终达到动态平衡的必然结果，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。

二、PN结的单向导电性

1、PN结的偏置

PN结加上正向电压（正向偏置）的意思都是：P区加正、N区加负电压。

PN结加上反向电压（反向偏置）的意思都是： P区加负、N区加正电压。

2、PN结正偏

如上图1.1.6所示,当PN结正偏时，外加电源形成的电场加强了载流子的扩散运动，削弱了内电场，耗尽层变薄，因而多子的扩散运动形成了较大的扩散电流。用流程图表述如下：PN结正偏外电场削弱内电场耗尽层变薄扩散运动漂移运动多子扩散运动形成正向电

流。

3、PN结的反偏

在PN结加反向偏置时,如图1.1.7所示，外加电源形成的外电场加强了内电场，多子的扩散运动受到阻碍，耗尽层变厚；少子的漂移运动加强，形成较小的漂移电流。其过程表述如下：

PN结反偏外电场加强内电场耗尽层变厚扩散运动漂移运

动少子漂移运动形成反向电流。

综上所述：

1）PN结加正向电压时，具有较大的正向扩散电流，呈现低电阻， PN结导通；

2）PN结加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，呈现高电阻， PN结截止。

课后总结：这次课我们认识了半导体材料。对于半导体的特性，PN结的特性进行对比记忆，由大家课下熟悉完成记忆。

作业：练习册1.1

板书设计：

一、半导体

1、本征半导体

2、杂质半导体：

二、PN结

题目：1.2 二极管的特性及主要参数

教学目标：了解二极管的特性，分析使用二极管时的主要参数-伏安特性。

教学重点：二极管结构分析，伏安特性的分析；

教学难点：1、伏安特性分析。

2、几个参数的记忆及区分。

教学方法：讲授

教具：色粉笔

新课导入：上次课我们认识了半导体器件中常用的器件“二极管”，在使用过程中不仅要了解它的参数也是不行的，这次我们继续学习它的特性及参数要求。

新授：

1.2.1 半导体二极管的结构和符号

形成PN结的P型半导体和N型半导体上，分别引出两根金属引线，并用管壳封装，就制成二极管。其中从P区引出的线为正极，从N区引出的线为负极。二极管的结构外形及在电路中的文字符号如图1.2.1所示。在图1.2.1(b)所示电路符号中，箭头指向为正向导通电流方向，二极管常见的封装形式如图1.2.2所示。

1.2.2 二极管的伏—安特性

半导体二极管的核心是PN结，它的特性就是PN结的单向导电特性。常利用伏一安特性曲线来形象地描述二极管的单向导电性。所谓伏安特性，是指二极管两端电压和流过二极管电流的关系，可用电路图来测量。若以电压为横坐标，电流为纵坐标，用作图法把电压、电流的对应值用平滑曲线连接起来，就构成二极管的伏—安特性曲线，如图